以電解氯化銅的微型化實驗為例談學生創新能力的培養

徐 巖 吳曉紅

(1.寧夏大學，寧夏 銀川 750021;2.永寧縣回民高級中學，寧夏 銀川 750100)

以電解氯化銅的微型化實驗為例談學生創新能力的培養

徐 巖1,2吳曉紅1

(1.寧夏大學，寧夏 銀川 750021;2.永寧縣回民高級中學，寧夏 銀川 750100)

化學這門學科是一門以實驗為基礎的學科，實驗的實踐能為學生正確認識物質及其變化規律提供實驗事實,因此為培養學生的創新能力提供了獨特的優勢.然而，傳統的實驗耗材多，污染大，操作不方便，具有局限性，微型化實驗的化學試劑用量一般只為常規實驗用量的幾十分之一乃至實驗幾千分之一，其效果卻可以達到準確、明顯、安全、方便和防止環境污染等目的，微型化學實驗的探究和應用契合了當前社會的發展趨勢，為培養學生的創新能力提供了方便.

微型化實驗培養;創新能力

如何通過微型化實驗培養學生的創新能力，結合微型化實驗的特點，它所使用的儀器小，試劑的用量少，能讓學生易于通過親自動手實驗，親身感受，從三個維度上提升學生的創新能力，本文以電解氯化銅的微型化實驗探究為例進行探討.

一、研究背景

氯化銅溶液中含有自由移動的Cl-和Cu2+，通電后，在電場的作用下，離子定向移動，陰離子向陽極移動，陽離子向陰極移動，在陽極，Cl-優先于OH-放電，在陰極，Cu2+優先于H+放電，使CuCl2電解質溶液在兩極發生氧化還原反應，陰極有紅色固體析出，陽極產生氣泡，有刺激性氣味的氯氣，能使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍.為了減小和避免實驗中所產生的氯氣向空氣擴散，改用微型化實驗儀器，使用較少的溶液，同時能夠快速明顯的觀察到實驗顯現，還能夠容易測量所析出的銅.

二、設計原理和過程

1.設計原理

氯化銅溶液中含有自由移動的Cl-和Cu2+，通電后，在電場的作用下，離子定向移動，陰離子向陽極移動，陽離子向陰極移動，在陽極，Cl-優先于OH-放電，在陰極，Cu2+優先于H+放電，使CuCl2電解質溶液在兩極發生氧化還原反應，陰極有紅色固體析出，陽極產生氣泡，有刺激性氣味的氯氣，能使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍.為了減小和避免實驗中所產生的氯氣向空氣擴散，改用微型化實驗儀器，使用較少的溶液，同時快速明顯的觀察到實驗現象.

2.實驗過程

(1)配置氯化銅:用電子天平稱量10g氯化銅晶體，將稱量好的晶體放入燒杯中，再用量筒量取90mL的蒸餾水，將量取的蒸餾水倒入燒杯中，用玻璃棒不斷攪拌，使氯化銅晶體全部溶解，形成溶液，再往配置好的氯化銅溶液中加入少量的鹽酸酸化，形成氯化銅的電解質溶液(電解質溶液的濃度為10%).

(2)電極的制作：將2B鉛筆表面的木屑削去，取出鉛筆中的石墨，截取長約3cm的石墨棒2支，分別用兩根顏色不同的導線連接石墨碳棒的兩端，作為電極材料.

(3)將制作好的石墨電極放入微型集氣瓶中，塞上橡膠塞，用注射器吸取配制好的氯化銅電解質溶液，將電解質溶液注入微型集氣瓶中，然后放置在桌面上.

(4)將石墨電極的導線與電源正負極相連的鱷魚嘴線相連接，并將電源的電壓調到8V,打開電源開關，觀察現象.

3.實驗現象

通電一段時間以后，觀察到與電源正極相連的陽極石墨碳棒上有大量的氣泡產生，并產生少量刺激性氣味的氣體，用濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在微型集氣瓶的上端，觀察到濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍，與電源負極相連的陰極石墨碳棒上有紅色的固體析出.

四、實驗中的一些問題和現象的探究說明與解釋

1.電極的電壓不能過大，電壓在8～10N之間為宜，電壓過大容易使電源自動斷電.

2.電解液氯化銅的濃度在10%左右，濃度過小，通電后無明顯的現象，在配置電解質液時，向溶液中加入少量的鹽酸酸化的目的是提高Cl-的濃度，便于在陽極能夠迅速產生氯氣.

(3)兩個石墨碳棒的電極距不能太大，電極距太大，反應的速率就慢，現象不是很明顯，因此，微型化儀器的使用可以滿足實驗的需求.

五、創新部分

與傳統的電解氯化銅的實驗裝置相對比，微型化實驗儀器在實驗中的應用比在傳統儀器的使用突出了以下幾個特點：

1.微型化儀器的使用，使實驗容易操作，減少了對溶液的量的需求.

2.微型化儀器的使用，對電壓和電極距的要求減小，減少了能源的消耗，銅的析出的量很多，氯氣的量相對較少了，同時容易對所產生的氣體進行檢驗和吸收.

3.使用微型化儀器，達到了化學實驗中對實驗現象明顯性和實驗操作的簡易化，實現了綠色環保化.

六、微型化實驗從三個維度上培養了學生的創新能力

1.知識與技能:在實驗的過程中，根據實驗所涉及的知識和原理對電解氯化銅的實驗進行了改進，培養了學生批判性思考及問題解決的能力，在對原實驗進行實驗操作的過程中，學生能夠對實驗設計、實驗操作、實驗現象、實驗結論進行思考，提出更加合理的實驗方案，在不斷實踐、不斷比較中改進，直至最終解決問題.

2.過程與方法：在著手對課本上的常規實驗進行微型化、綠色化的改進過程中，學生能更好地獲得直接的感性經驗，通過對實驗儀器和設計的不斷觀察、思考、實踐，有效培養了創新能力，同時，培養學生的動手能力.

3.情感態度與價值觀：微型實驗試劑用量很少，減少了污染，實驗時學生必須細致認真，這就培養了學生的嚴謹態度和良好習慣.

[1]萬平,周賢爵.微型化學實驗[M].北京:中國石油出版社,2009.

[責任編輯：季春陽]

2017-05-01

徐巖(1987-)，女，寧夏永寧人，二級教師，在職研究生，從事高中化學教學研究.

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1008-0333(2017)19-0095-02